WO2022139620A1 - Printing head and printing method - Google Patents

Printing head and printing method Download PDF

Info

Publication number
WO2022139620A1
WO2022139620A1 PCT/RU2020/000754 RU2020000754W WO2022139620A1 WO 2022139620 A1 WO2022139620 A1 WO 2022139620A1 RU 2020000754 W RU2020000754 W RU 2020000754W WO 2022139620 A1 WO2022139620 A1 WO 2022139620A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
print head
printing
head according
print
mortar
Prior art date
Application number
PCT/RU2020/000754
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Артем Владимирович БАРАХТИН
Константин Юрьевич СОЛОВЬЕВ
Александр Васильевич МАЛОЛЕТОВ
Александр Сергеевич КЛИМЧИК
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "АРКОДИМ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "АРКОДИМ" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "АРКОДИМ"
Priority to PCT/RU2020/000754 priority Critical patent/WO2022139620A1/en
Publication of WO2022139620A1 publication Critical patent/WO2022139620A1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C64/00Additive manufacturing, i.e. manufacturing of three-dimensional [3D] objects by additive deposition, additive agglomeration or additive layering, e.g. by 3D printing, stereolithography or selective laser sintering
    • B29C64/20Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor
    • B29C64/205Means for applying layers
    • B29C64/209Heads; Nozzles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33YADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor

Definitions

  • the invention relates to the field of 3D printing, in particular to the design of the print head of building 3D printers for printing buildings, structures, small architectural forms, etc. from mortar and a method for printing on a 3D printer.
  • Three-dimensional printing is the production of objects by layering material with a print head, nozzle, or other printing technology.
  • the disadvantage of these devices and the method of applying the mortar is the need to print lines of a fixed width and, as a consequence of this: the impossibility of printing structural elements of continuously adjustable width and the associated restrictions on possible architectural solutions; the need for fast movements and numerous changes in the direction of movement of the print unit when printing curly lines and the associated increased inertial loads on the design of the 3D printer, which in turn leads to unwanted vibrations, the need to use more complex algorithms for controlling the extruder head and increased wear on mechanical components control mechanical system; reduced strength properties in places of lateral connection of material lines; the need to print the walls of buildings or other wide elements in several passes and the associated low
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) the productivity of construction work, which affects the strength of the bonds between the layers of the walls; inability to print components with sharp corner components; the impossibility of printing components of a smaller width than the radius of the extruder nozzle.
  • Known print head inkjet 3D printer (RF patent for utility model No. 161249, IPC B41J 2/00, published 04/10/2016), containing a movable platform made in a single housing with two nozzles with heaters placed on it and a nozzle switching mechanism, the position of which is determined position sensor of the movable platform and is limited by a position limiter, while the print head of the inkjet 3D printer is equipped with a valve for nozzles, made with the possibility of deflection, which ensures that one of the nozzles is locked and the other is opened when switching nozzles, while the nozzles are made movable relative to the valve, which is made motionless.
  • the specified technical solution does not allow printing products of complex geometry or several components in one pass.
  • the given solution is unsuitable for printing with concrete-cement mixtures due to printing features and process requirements.
  • Known printhead with movable needles (RF patent No. 2701996, IPC B29C 64/00, B29C 64/112, B29C 64/20, published 02.10.2019), which contains an opening through which the material is squeezed out, a chamber for containing the ejected material, a channel , connecting the chamber to the hole, and a movable needle that enters the hole and squeezes the material out of the hole.
  • the print head is configured to extrude material with a viscosity of 10,000 centipoise (cP) (Pa-s) or more at an elevated temperature.
  • the proposed technical solution does not allow you to adjust the width of the printed lines - the holes are fixed in width and allow extrusion of the material only of the appropriate width.
  • the holes are spaced apart (there are significant distances between them), which means that there are no connections between the individual lines that are printed from individual holes. It is possible to ensure the connection of print lines with a rather complex control of the longitudinal-transverse movements of the entire head as a whole, which will give negative effects associated with large inertial loads, deterioration in the quality of the surface of the printed object and an increase in 2
  • Known printhead for building 3D printers (RF patent for utility model No. 198857, IPC E04G 21/16, B33Y 30/00, B41J 2/335, published on 07/30/2020), which contains a monoblock body made of metal, metal alloy or a composite material with the required strength, inside which there is a container for the building mixture, equipped with a dosing screw, also contains extruders connected by flexible hoses to the container for the building mixture and equipped with a movement and positioning mechanism and a device for preparing and supplying the mixture to the print head, characterized in that that a rail with a gear train is rigidly fixed on the monoblock body, to which four extruders are attached through the movement and positioning mechanism, and a cartridge for all-metal expanded metal mesh, a feeder for all-metal expanded metal mesh, and cutting shears are rigidly fixed on the monoblock body all-metal expanded metal mesh and ro face positioning all-metal expanded metal mesh.
  • the above solution does not allow changing the direction of movement of the print head at the corner points of the structure. That is, to print curved walls (including both smooth changes in wall curvature and printing of corner elements), the mechanism of the ZP printer will need to provide appropriate rotations of the entire extruder head as a whole, and ensure these rotations are consistent with the operation of other mechanisms in a range of angles of at least from -180 to +180 degrees. This will also lead to the need to pause the printing process in wall corner joints when changing direction of movement or when limits on maximum rotation angles are reached.
  • the proposed solution does not allow modifying the mixture on the extruder by adding dyes and additives, which does not allow controlling the setting of the solution and, if necessary, speeding up or slowing down the process of setting the building mixture.
  • a 3D print head was selected (patent EP3427930, IPC B29C 67/00, published on May 09, 2017), which includes an inlet pipe equipped with a hole; a shutter located in the hole and made with the possibility of sliding, where the hole includes an open and closed area of the shutter; and the area not covered by the shutter forms the outlet port 3 of the D print head.
  • the outlet includes a first end and a second end defining the length of the outlet.
  • the drive device receives a control command from the control device and drives the shutter. By adjusting the position of the first end and/or the position of the second end in the hole, the length of the outlet is determined.
  • the proposed solution contains one or more slotted holes spaced apart in space, therefore, to print curved walls, it will be necessary to provide appropriate rotations of the entire extruder head as a whole in the range of angles of at least -90 to +90 degrees. This means the need to pause the printing process at wall corners, when changing direction, or when limits on maximum rotation angles are reached.
  • spaced slot holes do not allow the formation of a common slot of a complex shape, which, on the one hand, limits the possibility of printing complex profiles, and, on the other hand, creates the risk of overlapping lines from adjacent slots, the elimination of which complicates the control of the print head.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
  • the proposed solution is designed to operate the printer using FDM technology, in particular, it provides the pressure necessary for extrusion of the material by supplying a plastic thread, and cannot be used for printing with mortar due to the lack of devices that provide mixing and supply of the mortar.
  • the proposed solution also does not imply the possibility of adjusting the composition of the material during the printing process.
  • the technical objective of the invention is to develop a print head for a construction printer and a printing method using the specified print head to ensure the extrusion of mortar simultaneously in several lines through adjustable holes.
  • the technical result is to increase the productivity of construction work; increasing the strength of buildings and structures under construction; reduction of inertial loads, weight of construction printer construction and its installed power; providing the ability to print complex geometric shapes of various profiles and sizes; reducing the complexity of print head control algorithms and oscillations associated with a change in the direction of movement of the print head.
  • the print head includes a carrier frame, a mortar mixing device, a printing unit, a pump for supplying ready-made mortar to the print unit and a drive for moving the entire print head, while the print unit contains at least one reservoir and a dispensing module located under the reservoir and containing a plurality of dispensing holes, configured to extrude the mortar simultaneously through several holes in one pass of the printing unit.
  • the printhead is intended for use as part of a construction 3D printer based on a handling device to ensure the extrusion of the mortar in several lines simultaneously through adjustable holes.
  • a handling device such as cable robots, industrial robots, movable chassis, mobile robots, and the like.
  • the method of installing the print head on the manipulation device is determined by the design features of this device. So, for installation on an industrial robot, standard fasteners must be provided on the print head. To attach to a rope robot, eyelets for attaching ropes must be provided. Thus, the movement of the print head as a whole in the working area 3 of the D printer is provided by the movement of the mechanism of the 30 printer.
  • the print head contains a carrier frame on which a mortar mixing device, a printing unit and a pump for supplying the finished mortar to the printing unit are installed.
  • the carrier frame is a structure made of metal or composite materials to which all other elements of the print head are attached.
  • the self-supporting housing of one or more printhead elements performs the function of the carrier frame. It is also possible to combine a self-supporting housing of one or more elements of the print head and a carrier frame for attaching the remaining elements.
  • the mortar mixing device contains a continuous mixer, for example, a forced mixer or a combined mixer (gravity-forced), at least two pipes for connecting hoses for supplying building material components, as well as valves for controlling the supply of each of the building material components.
  • a continuous mixer for example, a forced mixer or a combined mixer (gravity-forced)
  • at least two pipes for connecting hoses for supplying building material components, as well as valves for controlling the supply of each of the building material components.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
  • the supply of building material components to the print head is carried out through sleeves that are attached to the nozzles. Branch pipes through valves join the mixer.
  • the incoming components of the building material for example, water, dry building mix and modifying additive
  • enter through the sleeves pass through pipes, valves and enter the mixer.
  • the components are mixed to prepare the finished mortar. After that, with the help of a pump, the finished mortar is fed to the printing unit.
  • the pump for supplying ready-made mortar to the printing unit is a positive displacement pump, such as gerotor, rotary vane, peristaltic, etc.
  • the pump is driven by a variable speed drive, such as a servo motor, variable frequency asynchronous motor, stepper motor, etc., if necessary, the drive also includes a gearbox.
  • the printhead printing unit includes a dispensing module and at least one reservoir from which the finished mortar is supplied to the dispensing module.
  • the mortar enters the tank through the inlet pipe using a pump.
  • the tank can be made with a wide slot 1 (Fig.1), with nozzles for connecting flexible hoses, or in the form of a container with an open bottom.
  • the issuing module can be made in the form of movable elements 2 (2a, 26, Fig.1, Fig.2) or spunbond board 3, acting as the bottom of the tank (Fig.3).
  • Movable elements 2 can be made in the form of at least one pair of separate shutters 2a (Fig.1), a single shutter with a window or a movable carriage with a nozzle 5 moving along the guide 26 (Fig.2).
  • the mortar from the tank is supplied through the slot 1, made above the movable curtains 2a, and then squeezed out through the windows 4 formed when the individual curtains 2a are extended (or through the fixed windows when using a solid curtain).
  • the movement of individual shutters 2a it is possible to adjust the position and width of windows 4, while individual windows can be completely covered.
  • one-piece shutters only the position of the windows can be adjusted, which can be moved beyond the slot 1 made above the movable shutters.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
  • the carriages move along the guides 26, ensuring at each moment the required position of the nozzles 5 relative to the print head.
  • Nozzles 5 are equipped with controlled valves that allow opening and closing of individual holes in accordance with the printing program.
  • the mortar comes from the tank through flexible hoses to nozzles 5, which ensure its issuance when the corresponding valve is opened. If the valve is closed, the mortar will not be extruded through the corresponding nozzle. Thus, at any time, part of the valves can be closed in accordance with the print program, and only the nozzles, the valves of which are open, ensure the release of the material.
  • Each movable element 2 (curtain 2a or carriage 26) moves along its guide using an individual linear movement drive based on servomotors, stepper motors and similar motors.
  • the holes of the spunbond board 6 are arranged in the form of a matrix and are also provided with controlled valves that allow closing and opening individual holes in accordance with the printing program.
  • the valves are triangular, square, rectangular, hexagonal, or other shapes, located close to each other without gaps and close the holes of the corresponding shape.
  • the centers of the holes in the rows are displaced relative to the adjacent row, thereby providing a denser filling of the area of the spunbond board.
  • the holes may not occupy the entire area of the spunbond board, but be located at least in one row, diagonally, along concentric circles and other lines.
  • the spunbond board can be integral with the tank and thus represent its bottom.
  • the technical goal of the invention is achieved by extruding the mortar through several holes simultaneously, resulting in a monolithic structure 7, created in one pass of the printing unit.
  • the printing unit can be equipped with a system for supplying and mixing additives and dye pigments.
  • the printing unit includes a safety valve that allows you to direct excess mortar back to the pump suction pipe (or mixer) or discard the excess as waste.
  • the operation of the safety valve is a signal to stop printing and carry out repair or cleaning work.
  • the printhead can be equipped with auxiliary components that provide a given vertical print profile (smooth or specially shaped).
  • auxiliary components are mechanical forming elements in the form of flat or curved plates, spatulas, scrapers, etc., which form the surface of the printed object and can be used to create a vertical profile with a complex horizontal profile.
  • Mortar extrusion is carried out simultaneously in several lines through adjustable holes.
  • the print head is attached to a handling device that provides the required movement of the print head in the working area.
  • the supply of mortar components to the print head is carried out through hoses from appropriate stationary installations, for example, an air pump for supplying a dry mixture, a water pump for supplying water, etc.
  • appropriate stationary installations for example, an air pump for supplying a dry mixture, a water pump for supplying water, etc.
  • one or more components are located in a special reservoir as part of the print head and are supplied by an appropriate pump.
  • the components of the building material enter the mixer through nozzles.
  • the supply of components is programmatically controlled using controlled valves, ensuring the supply of the required amount of each component at any given time, depending on the software-set requirements for the finished solution and taking into account the parameters
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) environment (air temperature, air humidity) and the actual consumption of the finished mortar.
  • the mixer prepares the ready-made solution, which is continuously fed into the tank of the printing unit with the help of a pump.
  • the volume of the supplied solution is programmatically regulated in accordance with the planned flow rate at each moment of time.
  • the mortar is supplied from the tank either through the slot 1 and then squeezed out through the windows 4, formed by moving apart the individual curtains 2a, or through the fixed windows in the solid curtains; or the mortar is supplied from the tank through flexible hoses through nozzles 5 mounted on carriages moving along guides 26; or through the holes 6 of the spunbond board 3.
  • the shape of the spunbond board opening can be round, square, rectangular, hexagonal or other shape.
  • the use of the die board 3 allows printing lines in an arbitrary direction without turning the printing unit.
  • the version with die board 3 simplifies and speeds up the printing of individual monolithic elements, such as columns, corner joints, reinforced elements in window and door openings, etc.
  • This provides an adjustable width of the printing area and the required profile of the building wall or structure element. If necessary, printing is possible when the printing unit moves in the lateral direction. It is possible to change the print direction without turning the print head by changing the print profile. To change the printing direction (for example, when printing curved walls, the change occurs gradually over time, and when printing the corners of a building, the direction change occurs “instantly”), it is not necessary to turn the entire print head, unlike known solutions. Changing the print direction
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) provided by the translational movement of the head in the desired direction and the appropriate control of the opening or closing of the valves or adjusting the position and size of the slots.
  • the safety valve is activated, after which it is necessary to stop printing and, if necessary, carry out repair or cleaning work.

Abstract

The invention relates to the field of 3D printing, and more particularly to the structure of a printing head for construction 3D printers for printing buildings, structures, hardscape elements and the like from mortar, and to a printing method using said 3D printer. The present printing head comprises a load-bearing frame, a mortar mixing device, a printing assembly, and a pump for supplying prepared mortar to said printing assembly, wherein the printing assembly comprises at least one reservoir and a dispensing module disposed below said reservoir and having a plurality of dispensing openings, the dispensing module being configured to allow the extrusion of mortar through several openings simultaneously in one pass of the printing assembly. The technical result consists in increasing the efficiency of building operations; increasing the strength of the buildings and structures produced; reducing the inertial loads on and the mass of the construction printer structure, as well as the installed capacity of the printer; making it possible to print complex geometric forms having different profiles and sizes; and reducing the complexity of the printing head control algorithms, as well as reducing vibrations linked to a change in direction of the printing head.

Description

ПЕЧАТАЮЩАЯ ГОЛОВКА И СПОСОБ ПЕЧАТИ PRINT HEAD AND PRINT METHOD
Область техники Technical field
Изобретение относится к области 3 D-печати, в частности к конструкции печатающей головки строительных 3D принтеров для печати зданий, сооружений, малых архитектурных форм и т. п. из строительного раствора и способу печати на 3D принтере. The invention relates to the field of 3D printing, in particular to the design of the print head of building 3D printers for printing buildings, structures, small architectural forms, etc. from mortar and a method for printing on a 3D printer.
Предшествующий уровень техники Prior Art
Трехмерная печать (ЗВ-печать) представляет собой производство объектов путем послойного нанесения материала печатающей головкой, соплом или с использованием иной технологии печати. Three-dimensional printing (3D printing) is the production of objects by layering material with a print head, nozzle, or other printing technology.
Известны устройства, в которых способ печати осуществляется экструзией строительного раствора через одно или несколько сопел фиксированного сечения, а управление процессом экструзии осуществляется только путём регулирования скорости подачи строительного раствора или путём перекрытия подачи раствора при закрытии клапана (патент РФ на полезную модель №179153, МПК E04G 21/16, B41J 2/335, опубликован 28.04.2018; патент РФ на полезную модель №191900, МПК В29С 64/209, B41F 17/00, опубликован 28.08.2019) Для печати фигурных линий приходится реализовывать соответствующее перемещение узла печати с многочисленными сменами направления его движения. Для печати стен или других широких элементов конструкции реализуется печать в несколько проходов. Devices are known in which the printing method is carried out by extrusion of mortar through one or more nozzles of a fixed section, and the extrusion process is controlled only by controlling the mortar supply rate or by shutting off the supply of mortar when the valve is closed (RF patent for utility model No. 179153, IPC E04G 21/16, B41J 2/335, published 04/28/2018; RF utility model patent No. 191900, IPC B29C 64/209, B41F 17/00, published 08/28/2019) change in direction of its movement. For printing walls or other wide structural elements, printing is implemented in several passes.
Недостатком указанных устройств и способа нанесения строительного раствора является необходимость печати линиями фиксированной ширины и, как следствие этого: невозможность печати элементов конструкции плавно регулируемой ширины и связанные с этим ограничения на возможные архитектурные решения; необходимость быстрых перемещений и многочисленные смены направления движения узла печати при печати фигурных линий и связанные с этим повышенные инерциальные нагрузки на конструкцию ЗВ-принтера, это в свою очередь приводит к возникновению нежелательных колебаний, необходимости использовать более сложные алгоритмы управления головкой экструдера и повышенному износу механических компонентов управляющей механической системы; пониженные прочностные свойства в местах бокового соединения линий материала; необходимость печати стен зданий или других широких элементов в несколько проходов и связанная с этим невысокаяThe disadvantage of these devices and the method of applying the mortar is the need to print lines of a fixed width and, as a consequence of this: the impossibility of printing structural elements of continuously adjustable width and the associated restrictions on possible architectural solutions; the need for fast movements and numerous changes in the direction of movement of the print unit when printing curly lines and the associated increased inertial loads on the design of the 3D printer, which in turn leads to unwanted vibrations, the need to use more complex algorithms for controlling the extruder head and increased wear on mechanical components control mechanical system; reduced strength properties in places of lateral connection of material lines; the need to print the walls of buildings or other wide elements in several passes and the associated low
1 one
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) производительность строительных работ, что влияет на прочность связей между слоями стен; невозможность печати компонентов с острыми угловыми компонентами; невозможность печати компонентов меньшей ширины, чем радиус сопла экструдера. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) the productivity of construction work, which affects the strength of the bonds between the layers of the walls; inability to print components with sharp corner components; the impossibility of printing components of a smaller width than the radius of the extruder nozzle.
Известна печатающая головка струйного 3D принтера (патент РФ на полезную модель №161249, МПК B41J 2/00, опубликован 10.04.2016), содержащая выполненную в едином корпусе подвижную платформу с размещенными на ней двумя соплами с нагревателями и механизм переключения сопел, положение которой определяется датчиком положения подвижной платформы и ограничивается позиционным ограничителем, при этом печатающая головка струйного 3D принтера снабжена клапаном для сопел, выполненным с возможностью прогиба, обеспечивающим запирание одного из сопел и открывание другого при переключении сопел, при этом сопла выполнены с возможностью перемещения относительно клапана, который выполнен неподвижным. Known print head inkjet 3D printer (RF patent for utility model No. 161249, IPC B41J 2/00, published 04/10/2016), containing a movable platform made in a single housing with two nozzles with heaters placed on it and a nozzle switching mechanism, the position of which is determined position sensor of the movable platform and is limited by a position limiter, while the print head of the inkjet 3D printer is equipped with a valve for nozzles, made with the possibility of deflection, which ensures that one of the nozzles is locked and the other is opened when switching nozzles, while the nozzles are made movable relative to the valve, which is made motionless.
Указанное техническое решение не позволяет печатать изделия сложной геометрии или несколько компонентов за один проход. Приведённое решение непригодно для печати бетонно-цементными смесями в виду особенностей печати и требований к технологическому процессу. The specified technical solution does not allow printing products of complex geometry or several components in one pass. The given solution is unsuitable for printing with concrete-cement mixtures due to printing features and process requirements.
Известна печатающая головка с подвижными иглами (патент РФ №2701996, МПК В29С 64/00, В29С 64/112, В29С 64/20, опубликован 02.10.2019), которая содержит отверстие, через которое выдавливается материал, камеру для содержания выталкиваемого материала, канал, соединяющий камеру с отверстием, и подвижную иглу, входящую в отверстие и выдавливающую материал из отверстия. Печатающая головка выполнена с возможностью выдавливания материала с вязкостью 10000 сантипуаз (сП) (Па-с) или более при повышенной температуре. Known printhead with movable needles (RF patent No. 2701996, IPC B29C 64/00, B29C 64/112, B29C 64/20, published 02.10.2019), which contains an opening through which the material is squeezed out, a chamber for containing the ejected material, a channel , connecting the chamber to the hole, and a movable needle that enters the hole and squeezes the material out of the hole. The print head is configured to extrude material with a viscosity of 10,000 centipoise (cP) (Pa-s) or more at an elevated temperature.
Предложенное техническое решение не позволяет регулировать ширину печатаемых линий - отверстия являются фиксированными по ширине и позволяют осуществлять экструзию материала только соответствующей ширины. Кроме того, отверстия разнесены в пространстве (между ними имеются значительные расстояния), что означает отсутствие соединений между отдельными линиями, которые печатаются из отдельных отверстий. Обеспечить соединение линий печати возможно при достаточно сложном управлении продольно-поперечными перемещениями всей головки в целом, что даст негативные эффекты, связанные с большими инерционными нагрузками, ухудшением качества поверхности печатаемого объекта и увеличением 2 The proposed technical solution does not allow you to adjust the width of the printed lines - the holes are fixed in width and allow extrusion of the material only of the appropriate width. In addition, the holes are spaced apart (there are significant distances between them), which means that there are no connections between the individual lines that are printed from individual holes. It is possible to ensure the connection of print lines with a rather complex control of the longitudinal-transverse movements of the entire head as a whole, which will give negative effects associated with large inertial loads, deterioration in the quality of the surface of the printed object and an increase in 2
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) времени на печать. Однако, даже обеспечив, таким образом, соединение линий, линии будут соединяться внахлёст, что недопустимо для задач строительной ЗП-печати. Также для печати криволинейных стен потребуется обеспечивать соответствующие повороты всей экструд ерной головки в целом в диапазоне углов как минимум от -180 до +180 градусов, что приведёт к необходимости приостанавливать процесс печати в угловых соединениях стен при смене направления движения или при достижении ограничений на максимальные углы поворота. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) time to print. However, even if the lines are connected in this way, the lines will overlap, which is unacceptable for the tasks of construction 3D printing. Also, for printing curved walls, it will be necessary to ensure the appropriate rotation of the entire extruder head as a whole in the range of angles of at least -180 to +180 degrees, which will lead to the need to suspend the printing process in the corner joints of the walls when changing the direction of movement or when reaching restrictions on maximum angles turn.
Известна печатающая головка для строительных ЗИ-принтеров (патент РФ на полезную модель №198857, МПК E04G 21/16, B33Y 30/00, B41J 2/335, опубликован 30.07.2020), которая содержит корпус-моноблок из металла, металлического сплава или композитного материала, обладающего необходимой прочностью, внутри которого находится емкость для строительной смеси, оснащенная шнеком-дозатором, также содержит экструдеры, соединенные гибкими шлангами с емкостью для строительной смеси и оснащенные механизмом перемещения и позиционирования и устройство приготовления и подачи смеси в печатающую головку, отличающаяся тем, что на корпусе-моноблоке жестко закреплена рейка с зубчатой передачей, к которой через механизм перемещения и позиционирования, прикреплены четыре экструдера, а также на корпусе- моноблоке жестко закреплены картридж для цельнометаллической просечновытяжной сетки, устройство подачи цельнометаллической просечно-вытяжной сетки, ножницы для резки цельнометаллической просечно-вытяжной сетки и ролик позиционирования цельнометаллической просечно-вытяжной сетки. Known printhead for building 3D printers (RF patent for utility model No. 198857, IPC E04G 21/16, B33Y 30/00, B41J 2/335, published on 07/30/2020), which contains a monoblock body made of metal, metal alloy or a composite material with the required strength, inside which there is a container for the building mixture, equipped with a dosing screw, also contains extruders connected by flexible hoses to the container for the building mixture and equipped with a movement and positioning mechanism and a device for preparing and supplying the mixture to the print head, characterized in that that a rail with a gear train is rigidly fixed on the monoblock body, to which four extruders are attached through the movement and positioning mechanism, and a cartridge for all-metal expanded metal mesh, a feeder for all-metal expanded metal mesh, and cutting shears are rigidly fixed on the monoblock body all-metal expanded metal mesh and ro face positioning all-metal expanded metal mesh.
Приведенное в указанном патенте решение позволяет использовать только жёстко определённое количество сопел (четыре), фиксированные размеры которых не позволяют регулировать ширину линий печати. The solution given in the mentioned patent allows using only a strictly defined number of nozzles (four), the fixed sizes of which do not allow adjusting the width of the print lines.
Приведённое решение не позволяет поменять направление движения печатающей головки в угловых точках конструкции. То есть, для печати криволинейных стен (включая как плавные изменения кривизны стен, так и печать угловых элементов) от механизма ЗП-принтера потребуется обеспечивать соответствующие повороты всей экструдерной головки в целом, причём обеспечивать эти повороты согласованно с работой остальных механизмов в диапазоне углов как минимум от -180 до +180 градусов. Это также приведёт к необходимости приостанавливать процесс печати в угловых соединениях стен при смене направления движения или при достижении ограничений на максимальные углы поворота. The above solution does not allow changing the direction of movement of the print head at the corner points of the structure. That is, to print curved walls (including both smooth changes in wall curvature and printing of corner elements), the mechanism of the ZP printer will need to provide appropriate rotations of the entire extruder head as a whole, and ensure these rotations are consistent with the operation of other mechanisms in a range of angles of at least from -180 to +180 degrees. This will also lead to the need to pause the printing process in wall corner joints when changing direction of movement or when limits on maximum rotation angles are reached.
3 3
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Размещение сопел на одной направляющей не позволяет производить печать линий без зазоров между ними - то есть, линии материала не будут соединяться между собой и целостность конструкции будет нарушена. В патенте не раскрыто, каким образом будут приводиться в движение сопла по рейке, но очевидно, что для независимого управления соплами потребуется использование независимых приводов, которые должны перемещаться вместе с соплами на рейке, что значительно усложняет и утяжеляет конструкцию, увеличивая инерционные нагрузки. Гибкие шланги должны иметь достаточную длину для обеспечения свободного хода сопел, это означает, что они будут провисать, попадая в зону печати. Постоянное циклическое перегибание шлангов может приводить также к их быстрому износу. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) Placing the nozzles on the same guide does not allow printing lines without gaps between them - that is, the lines of the material will not connect to each other and the integrity of the structure will be violated. The patent does not disclose how the nozzles will be driven along the rail, but it is obvious that independent control of the nozzles will require the use of independent drives that must move along with the nozzles on the rail, which greatly complicates and makes the design heavier, increasing inertial loads. The flexible hoses must be long enough to allow the nozzles to move freely, which means they will sag when they enter the print area. Constant cycling of hoses can also lead to rapid wear.
Предложенное решение не позволяет модифицировать смесь на экструдере путём добавления красителей и присадок, что не позволяет регулировать схватывание раствора и, в случае необходимости, ускорить или замедлить процесс схватывания строительной смеси. The proposed solution does not allow modifying the mixture on the extruder by adding dyes and additives, which does not allow controlling the setting of the solution and, if necessary, speeding up or slowing down the process of setting the building mixture.
В качестве ближайшего аналога выбрана 3D печатающая головка (патент ЕР3427930, МПК В29С 67/00, опубликован 09.05.2017), включающая в себя подводящую трубу, снабженную отверстием; затвор, расположенный в отверстии и выполненный с возможностью скольжения, где отверстие включает в себя открытую и закрытую затвором области; и область, не закрытая затвором, образует выпускное отверстие 3 D-печатающей головки. Выпускное отверстие включает в себя первый конец и второй конец, определяющие длину выпускного отверстия. Приводное устройство получает управляющую команду от управляющего устройства и приводит в движение затвор. Регулировкой положения первого конца и/или положения второго конца в отверстии определяется длина выпускного отверстия. As the closest analogue, a 3D print head was selected (patent EP3427930, IPC B29C 67/00, published on May 09, 2017), which includes an inlet pipe equipped with a hole; a shutter located in the hole and made with the possibility of sliding, where the hole includes an open and closed area of the shutter; and the area not covered by the shutter forms the outlet port 3 of the D print head. The outlet includes a first end and a second end defining the length of the outlet. The drive device receives a control command from the control device and drives the shutter. By adjusting the position of the first end and/or the position of the second end in the hole, the length of the outlet is determined.
Предложенное решение содержит одно или несколько разнесённых в пространстве щелевых отверстий, поэтому для печати криволинейных стен потребуется обеспечивать соответствующие повороты всей экструдерной головки в целом в диапазоне углов как минимум от -90 до +90 градусов. Это означает необходимость приостанавливать процесс печати в угловых соединениях стен, при смене направления движения или при достижении ограничений на максимальные углы поворота. Кроме того, разнесённые щелевые отверстия не позволяют формировать общую щель сложной формы, что с одной стороны ограничивает возможности печати сложных профилей, а с другой стороны создаёт риск печати линий из соседних щелей внахлёст, устранение которого усложняет управление печатающей головкой. The proposed solution contains one or more slotted holes spaced apart in space, therefore, to print curved walls, it will be necessary to provide appropriate rotations of the entire extruder head as a whole in the range of angles of at least -90 to +90 degrees. This means the need to pause the printing process at wall corners, when changing direction, or when limits on maximum rotation angles are reached. In addition, spaced slot holes do not allow the formation of a common slot of a complex shape, which, on the one hand, limits the possibility of printing complex profiles, and, on the other hand, creates the risk of overlapping lines from adjacent slots, the elimination of which complicates the control of the print head.
4 four
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Предложенное решение предназначено для работы принтера по FDM технологии, в частности обеспечивает необходимое для экструзии материала давление путём подачи пластиковой нити, и не может быть использовано для печати строительным раствором по причине отсутствия устройств, обеспечивающих смешивание и подачу строительного раствора. Предложенное решение не предполагает также возможностей регулировки состава материала в процессе печати. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) The proposed solution is designed to operate the printer using FDM technology, in particular, it provides the pressure necessary for extrusion of the material by supplying a plastic thread, and cannot be used for printing with mortar due to the lack of devices that provide mixing and supply of the mortar. The proposed solution also does not imply the possibility of adjusting the composition of the material during the printing process.
Раскрытие изобретения Disclosure of invention
Технической задачей изобретения является разработка печатающей головки для строительного принтера и способа печати с использованием указанной печатающей головки для обеспечения экструзии строительного раствора одновременно в несколько линий через регулируемые отверстия. The technical objective of the invention is to develop a print head for a construction printer and a printing method using the specified print head to ensure the extrusion of mortar simultaneously in several lines through adjustable holes.
Техническим результатом является повышение производительности выполнения строительных работ; повышение прочности возводимых зданий и сооружений; снижение инерционных нагрузок, массы конструкции строительного принтера и его установленной мощности; обеспечение возможности печати сложных геометрических форм различного профиля и размера; снижение сложности алгоритмов управления печатающей головкой и колебаний связанных с переменой направления движения печатающей головки. The technical result is to increase the productivity of construction work; increasing the strength of buildings and structures under construction; reduction of inertial loads, weight of construction printer construction and its installed power; providing the ability to print complex geometric shapes of various profiles and sizes; reducing the complexity of print head control algorithms and oscillations associated with a change in the direction of movement of the print head.
Технический результат достигается тем, что печатающая головка включает в себя несущую раму, устройство для смешивания строительного раствора, узел печати, насос для подачи готового строительного раствора на узел печати и привод для перемещения всей печатающей головки, при этом узел печати содержит, по меньшей мере, один резервуар и модуль выдачи, расположенный под резервуаром и содержащий множество отверстий выдачи, выполненный с возможностью выдавливания строительного раствора одновременно через несколько отверстий за один проход узла печати. The technical result is achieved by the fact that the print head includes a carrier frame, a mortar mixing device, a printing unit, a pump for supplying ready-made mortar to the print unit and a drive for moving the entire print head, while the print unit contains at least one reservoir and a dispensing module located under the reservoir and containing a plurality of dispensing holes, configured to extrude the mortar simultaneously through several holes in one pass of the printing unit.
Краткое описание чертежей Brief description of the drawings
Изобретение поясняется следующими чертежами: The invention is illustrated by the following drawings:
Фиг.1 - Схема печати при реализации узла печати в виде подвижных шторок, Fig.1 - Scheme of printing when implementing the print node in the form of movable shutters,
Фиг.2 - Схема печати при реализации узла печати в виде подвижных кареток с соплами, Fig.2 - Scheme of printing when implementing the print unit in the form of movable carriages with nozzles,
5 5
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Фиг.З - Схема печати при реализации узла печати в виде фильерной доски. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) Fig.Z - Scheme of printing when implementing the print unit in the form of a spunbond board.
Варианты осуществления изобретения Embodiments of the invention
Печатающая головка предназначена для использования в составе строительного 3 D-принтера на базе манипуляционного устройства для обеспечения экструзии строительного раствора одновременно в несколько линий через регулируемые отверстия. В составе такого ЗО-принтера может использоваться как одна, так и несколько печатающих головок. Печатающая головка может устанавливаться на разные типы манипуляционных устройств, таких как тросовые роботы, промышленные роботы, подвижные шасси, мобильные роботы и тому подобные устройства. Способ установки печатающей головки на манипуляционное устройство определяется особенностями конструкции этого устройства. Так, для установки на промышленном роботе на печатающей головке должны быть предусмотрены стандартные элементы крепления. Для присоединения к тросовому роботу должны быть предусмотрены проушины для крепления тросов. Таким образом, перемещение печатающей головки как единого целого в рабочей зоне 3 D-принтера обеспечивается движением механизма ЗО-принтера. The printhead is intended for use as part of a construction 3D printer based on a handling device to ensure the extrusion of the mortar in several lines simultaneously through adjustable holes. As part of such a 3D printer, both one and several print heads can be used. The print head can be mounted on various types of handling devices such as cable robots, industrial robots, movable chassis, mobile robots, and the like. The method of installing the print head on the manipulation device is determined by the design features of this device. So, for installation on an industrial robot, standard fasteners must be provided on the print head. To attach to a rope robot, eyelets for attaching ropes must be provided. Thus, the movement of the print head as a whole in the working area 3 of the D printer is provided by the movement of the mechanism of the 30 printer.
Печатающая головка содержит несущую раму, на которой устанавливаются устройство для смешивания строительного раствора, узел печати и насос для подачи готового строительного раствора на узел печати. The print head contains a carrier frame on which a mortar mixing device, a printing unit and a pump for supplying the finished mortar to the printing unit are installed.
Несущая рама представляет собой конструкцию, выполненную из металлических или композитных материалов, к которой крепятся все остальные элементы печатающей головки. В одном из вариантов осуществления функции несущей рамы выполняет самонесущий корпус одного или нескольких элементов печатающей головки. Также возможна комбинация самонесущего корпуса одного или нескольких элементов печатающей головки и несущей рамы для крепления остальных элементов. The carrier frame is a structure made of metal or composite materials to which all other elements of the print head are attached. In one embodiment, the self-supporting housing of one or more printhead elements performs the function of the carrier frame. It is also possible to combine a self-supporting housing of one or more elements of the print head and a carrier frame for attaching the remaining elements.
Устройство смешивания строительного раствора содержит смеситель непрерывного действия, например, смеситель принудительного действия или комбинированный смеситель (гравитационно-принудительный), по меньшей мере, два патрубка для присоединения рукавов для подачи компонентов строительного материала, а также клапаны для регулирования подачи каждого из компонентов строительного материала. The mortar mixing device contains a continuous mixer, for example, a forced mixer or a combined mixer (gravity-forced), at least two pipes for connecting hoses for supplying building material components, as well as valves for controlling the supply of each of the building material components.
6 6
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Подача компонентов строительного материала к печатающей головке осуществляется по рукавам, которые присоединяются к патрубкам. Патрубки через клапаны присоединяются к смесителю. Таким образом, поступающие компоненты строительного материала (например, вода, сухая строительная смесь и модифицирующая присадка) поступают по рукавам, проходят через патрубки, клапаны и попадают в смеситель. В смесителе компоненты смешиваются с приготовлением готового строительного раствора. После чего с помощью насоса готовый строительный раствор подаётся на узел печати. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) The supply of building material components to the print head is carried out through sleeves that are attached to the nozzles. Branch pipes through valves join the mixer. Thus, the incoming components of the building material (for example, water, dry building mix and modifying additive) enter through the sleeves, pass through pipes, valves and enter the mixer. In the mixer, the components are mixed to prepare the finished mortar. After that, with the help of a pump, the finished mortar is fed to the printing unit.
Насос для подачи готового строительного раствора на узел печати представляет собой насос объёмного действия, например, героторный, роторный лопастной, перистальтический и т.п. Насос приводится в движение регулируемым приводом, например, на базе сервомотора, асинхронного двигателя с частотным регулированием, шагового двигателя и т.п., при необходимости привод также включает в себя редуктор. The pump for supplying ready-made mortar to the printing unit is a positive displacement pump, such as gerotor, rotary vane, peristaltic, etc. The pump is driven by a variable speed drive, such as a servo motor, variable frequency asynchronous motor, stepper motor, etc., if necessary, the drive also includes a gearbox.
Узел печати печатающей головки включает в себя модуль выдачи и, по меньшей мере, один резервуар, из которого на модуль выдачи подается готовый строительный раствор. При этом строительный раствор поступает в резервуар через входной патрубок с помощью насоса. The printhead printing unit includes a dispensing module and at least one reservoir from which the finished mortar is supplied to the dispensing module. In this case, the mortar enters the tank through the inlet pipe using a pump.
Резервуар может быть выполнен с широкой щелью 1 (Фиг.1), с патрубками для подсоединения гибких шлангов, либо в виде емкости с открытым днищем. Модуль выдачи может выполняться в виде подвижных элементов 2 (2а, 26, Фиг.1, Фиг.2) или фильерной доски 3, выполняющей роль днища резервуара (Фиг.З). The tank can be made with a wide slot 1 (Fig.1), with nozzles for connecting flexible hoses, or in the form of a container with an open bottom. The issuing module can be made in the form of movable elements 2 (2a, 26, Fig.1, Fig.2) or spunbond board 3, acting as the bottom of the tank (Fig.3).
Подвижные элементы 2 могут выполняться в виде, по меньшей мере, одной пары отдельных шторок 2а (Фиг.1), цельной шторки с окном или подвижной каретки с соплом 5, перемещающейся по направляющей 26 (Фиг.2). Movable elements 2 can be made in the form of at least one pair of separate shutters 2a (Fig.1), a single shutter with a window or a movable carriage with a nozzle 5 moving along the guide 26 (Fig.2).
При выполнении подвижных элементов в виде пары отдельных шторок 2а, строительный раствор из резервуара подается через щель 1, выполненную над перемещаемыми шторками 2а, и далее выдавливается через окна 4, образуемые при раздвижении отдельных шторок 2а (или через фиксированные окна при использовании цельной шторки). Управляя движением отдельных шторок 2а, удаётся регулировать положение и ширину окон 4, при этом отдельные окна могут быть полностью перекрыты. При использовании цельных шторок можно регулировать только положение окон, которые могут быть сдвинуты за пределы щели 1, выполненной над подвижными шторками. When the moving elements are made in the form of a pair of individual curtains 2a, the mortar from the tank is supplied through the slot 1, made above the movable curtains 2a, and then squeezed out through the windows 4 formed when the individual curtains 2a are extended (or through the fixed windows when using a solid curtain). By controlling the movement of individual shutters 2a, it is possible to adjust the position and width of windows 4, while individual windows can be completely covered. When using one-piece shutters, only the position of the windows can be adjusted, which can be moved beyond the slot 1 made above the movable shutters.
7 7
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) В случае выполнения подвижных элементов в виде кареток с соплами 5, каретки перемещаются по направляющим 26, обеспечивая в каждый момент времени требуемое положение сопел 5 относительно печатающей головки. Сопла 5 снабжены управляемыми клапанами, которые позволяют открывать и закрывать отдельные отверстия в соответствии с программой печати. Строительный раствор поступает из резервуара по гибким рукавам на сопла 5, которые обеспечивают его выдачу при открытии соответствующего клапана. В случае закрытия клапана экструзия строительного раствора через соответствующее сопло не производится. Таким образом, в каждый момент времени часть клапанов могут быть закрыты в соответствие с программой печати и только сопла, клапаны которых открыты, обеспечивают выдачу материала. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) In the case of performing movable elements in the form of carriages with nozzles 5, the carriages move along the guides 26, ensuring at each moment the required position of the nozzles 5 relative to the print head. Nozzles 5 are equipped with controlled valves that allow opening and closing of individual holes in accordance with the printing program. The mortar comes from the tank through flexible hoses to nozzles 5, which ensure its issuance when the corresponding valve is opened. If the valve is closed, the mortar will not be extruded through the corresponding nozzle. Thus, at any time, part of the valves can be closed in accordance with the print program, and only the nozzles, the valves of which are open, ensure the release of the material.
Каждый подвижный элемент 2 (шторка 2а или каретка 26) движется по своей направляющей с помощью индивидуального привода линейного перемещения на базе сервомоторов, шаговых двигателей и подобных двигателей. Each movable element 2 (curtain 2a or carriage 26) moves along its guide using an individual linear movement drive based on servomotors, stepper motors and similar motors.
При выполнении модуля выдачи в виде фильерной доски 3 (Фиг.З), отверстия фильерной доски 6 расположены в виде матрицы и также снабжены управляемыми клапанами, которые позволяют закрывать и открывать отдельные отверстия в соответствие с программой печати. В частном случае реализации клапаны выполнены треугольной, квадратной, прямоугольной, шестиугольной, или иной формы, расположенных вплотную друг к другу без зазоров и закрывают отверстия соответствующей формы. При этом, в одном из вариантов осуществления, центры отверстий в рядах смещены относительно соседнего ряда, обеспечивая тем самым более плотное заполнение площади фильерной доски. Кроме того, отверстия могут занимать не всю площадь фильерной доски, а располагаться, по меньшей мере, в один ряд, по диагонали, по концентрическим окружностям и иным линиям. Фильерная доска может быть выполнена как единое целое с резервуаром и представлять таким образом его днище. Таким образом, в резервуаре непосредственно над фильерной доской находится строительный раствор, который под создаваемым насосом давлением выдавливается через отверстия фильерной доски при открытии клапанов When the dispensing module is made in the form of a spunbond board 3 (FIG. 3), the holes of the spunbond board 6 are arranged in the form of a matrix and are also provided with controlled valves that allow closing and opening individual holes in accordance with the printing program. In a particular case of implementation, the valves are triangular, square, rectangular, hexagonal, or other shapes, located close to each other without gaps and close the holes of the corresponding shape. At the same time, in one of the embodiments, the centers of the holes in the rows are displaced relative to the adjacent row, thereby providing a denser filling of the area of the spunbond board. In addition, the holes may not occupy the entire area of the spunbond board, but be located at least in one row, diagonally, along concentric circles and other lines. The spunbond board can be integral with the tank and thus represent its bottom. Thus, in the tank directly above the die plate there is a mortar, which, under the pressure created by the pump, is squeezed out through the holes of the die plate when the valves are opened.
Во всех возможных вариантах конструктивного исполнения техническая цель изобретения достигается благодаря экструзии строительного раствора одновременно через несколько отверстий, в результате чего формируется монолитная конструкция 7, создаваемая за один проход узла печати. In all possible versions of the design, the technical goal of the invention is achieved by extruding the mortar through several holes simultaneously, resulting in a monolithic structure 7, created in one pass of the printing unit.
8 eight
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Узел печати может быть оснащен системой подачи и смешивания присадок и красительных пигментов. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) The printing unit can be equipped with a system for supplying and mixing additives and dye pigments.
Объёмы подаваемого в узел печати и расходуемого в узле печати раствора должны быть строго согласованы. Для предотвращения аварий в случае рассогласования работы проводов насоса и подвижных элементов, узел печати включает в себя предохранительный клапан, который позволяет направить излишек строительного раствора назад на всасывающий патрубок насоса (или в смеситель) или выбросить излишек в виде отходов. Срабатывание предохранительного клапана является сигналом к остановке печати и проведения ремонтных или очистных работ. The volumes of the solution supplied to the printing unit and consumed in the printing unit must be strictly coordinated. To prevent accidents in the event of a mismatch between the pump wires and moving parts, the printing unit includes a safety valve that allows you to direct excess mortar back to the pump suction pipe (or mixer) or discard the excess as waste. The operation of the safety valve is a signal to stop printing and carry out repair or cleaning work.
Печатающая головка может оснащаться вспомогательными компонентами, которые обеспечивают заданный вертикальный профиль печати (гладкий либо специальной формы). Вспомогательные компоненты представляют собой механические формующие элементы в виде плоских или криволинейных пластин, шпателей, скребков и т.п., которые обеспечивают формование поверхности печатаемого объекта и могут использоваться для создания вертикального профиля при сложном горизонтальном профиле. The printhead can be equipped with auxiliary components that provide a given vertical print profile (smooth or specially shaped). Auxiliary components are mechanical forming elements in the form of flat or curved plates, spatulas, scrapers, etc., which form the surface of the printed object and can be used to create a vertical profile with a complex horizontal profile.
Принцип работы: Principle of operation:
Экструзия строительного раствора выполняется одновременно в несколько линий через регулируемые отверстия. Mortar extrusion is carried out simultaneously in several lines through adjustable holes.
Печатающая головка присоединяется к манипуляционному устройству, которое обеспечивает требуемое перемещение печатающей головки в рабочей зоне. The print head is attached to a handling device that provides the required movement of the print head in the working area.
Подача компонентов строительного раствора на печатающую головку осуществляется по рукавам с соответствующих стационарных установок, например, пневмонасоса для подачи сухой смеси, водяного насоса для подачи воды и т.п. В частном случае, при выполнении подвижных элементов в виде шторок один или более компонентов находится в специальном резервуаре в составе печатающей головки и подаётся соответствующим насосом. The supply of mortar components to the print head is carried out through hoses from appropriate stationary installations, for example, an air pump for supplying a dry mixture, a water pump for supplying water, etc. In a particular case, when making movable elements in the form of curtains, one or more components are located in a special reservoir as part of the print head and are supplied by an appropriate pump.
Компоненты строительного материала поступают через патрубки в смеситель. Подача компонентов программно регулируется с помощью управляемых клапанов, обеспечивая поступление необходимого количества каждого компонента в каждый момент времени в зависимости от программно- установленных требований к готовому раствору и с учётом параметров The components of the building material enter the mixer through nozzles. The supply of components is programmatically controlled using controlled valves, ensuring the supply of the required amount of each component at any given time, depending on the software-set requirements for the finished solution and taking into account the parameters
9 9
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) окружающей среды (температуры воздуха, влажности воздуха) и реального расхода готового строительного раствора. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) environment (air temperature, air humidity) and the actual consumption of the finished mortar.
В смесителе осуществляется приготовление готового раствора, который с помощью насоса непрерывно подаётся в резервуар узла печати. Объём подаваемого раствора программно регулируется в соответствие с планируемым расходом в каждый момент времени. The mixer prepares the ready-made solution, which is continuously fed into the tank of the printing unit with the help of a pump. The volume of the supplied solution is programmatically regulated in accordance with the planned flow rate at each moment of time.
Далее из резервуара строительный раствор подается либо через щель 1 и затем выдавливается через окна 4, образованные при раздвижении отдельных шторок 2а, или через фиксированные окна в цельных шторках; либо строительный раствор подается из резервуара по гибким шлангам через сопла 5, установленные на каретках, перемещаемых по направляющим 26; или через отверстия 6 фильерной доски 3. При этом форма отверстия фильерной доски может иметь круглую, квадратную, прямоугольную, шестиугольную или иную форму. Next, the mortar is supplied from the tank either through the slot 1 and then squeezed out through the windows 4, formed by moving apart the individual curtains 2a, or through the fixed windows in the solid curtains; or the mortar is supplied from the tank through flexible hoses through nozzles 5 mounted on carriages moving along guides 26; or through the holes 6 of the spunbond board 3. The shape of the spunbond board opening can be round, square, rectangular, hexagonal or other shape.
Согласованно управляя движением шторок 2а, открытием/закрытием сопел 5 или отверстий 6 с помощью клапанов, а также движением всей печатающей головки с помощью механизма ЗП-принтера удаётся обеспечить непрерывную экструзию строительного материала в несколько линий. При этом обеспечивается печать произвольного количества сколь угодно сложных линий (в пределах возможностей конкретного исполнения головки) вплоть до полного заполнения материалом всей ширины печати за один проход печатающей головки при многократном уменьшении инерционных нагрузок по сравнению с известными аналогами. By coordinating the movement of the shutters 2a, the opening/closing of nozzles 5 or holes 6 using valves, and the movement of the entire print head using the mechanism of the ZP printer, it is possible to ensure continuous extrusion of the building material in several lines. This ensures the printing of an arbitrary number of arbitrarily complex lines (within the capabilities of a specific head design) up to the complete filling of the entire print width with material in one pass of the print head with a multiple reduction in inertial loads compared to known analogues.
Использование фильерной доски 3 позволяет печатать линии в произвольном направлении без поворота узла печати. The use of the die board 3 allows printing lines in an arbitrary direction without turning the printing unit.
Вариант исполнения с фильерной доской 3 упрощает и убыстряет печать отдельных монолитных элементов, таких как колонны, угловые соединения, усиленные элементы в оконных и дверных проёмах и т.п. The version with die board 3 simplifies and speeds up the printing of individual monolithic elements, such as columns, corner joints, reinforced elements in window and door openings, etc.
При этом обеспечивается регулируемая ширина зоны печати и требуемый профиль стены здания или элемента сооружения. При необходимости возможна печать при движении узла печати в боковом направлении. Возможно изменение направление печати без поворота печатающей головки за счёт изменения профиля печати. Для изменения направления печати (например, при печати криволинейных стен изменение происходит постепенно с течением времени, а при печати углов здания, изменение направления происходит “мгновенно”) не требуется поворачивать всю печатающую головку в отличие от известных решений. Изменение направления печатиThis provides an adjustable width of the printing area and the required profile of the building wall or structure element. If necessary, printing is possible when the printing unit moves in the lateral direction. It is possible to change the print direction without turning the print head by changing the print profile. To change the printing direction (for example, when printing curved walls, the change occurs gradually over time, and when printing the corners of a building, the direction change occurs “instantly”), it is not necessary to turn the entire print head, unlike known solutions. Changing the print direction
10 ten
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) обеспечивается поступательным перемещением головки в нужном направлении и соответствующим управлением открытия или закрытия клапанов или регулировкой положения и размеров щелей. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) provided by the translational movement of the head in the desired direction and the appropriate control of the opening or closing of the valves or adjusting the position and size of the slots.
Для печати с помощью заявляемой печатающей головки могут быть использованы сыпучие, жидкие, вязкие и другие типы материалов, в том числе возможно: Bulk, liquid, viscous and other types of materials can be used for printing with the inventive printhead, including:
• использование как одного материала, так и нескольких материалов одновременно, организовывая их экструзию через разные сопла; • use of both one material and several materials at the same time, organizing their extrusion through different nozzles;
• использование как однокомпонентных, так и многокомпонентных смесей, обеспечивая их смешение непосредственно на печатающей головке; • the use of both single-component and multi-component mixtures, ensuring their mixing directly on the print head;
• использование со строительными смесями на основе различных вяжущих компонент (гипс, цемент) и специальными добавками, обеспечивающими программируемые, управляемые в процессе печати свойства материалов; • use with building mixtures based on various binders (gypsum, cement) and special additives that provide programmable material properties controlled during printing;
• изменение консистенции строительной смеси может проводиться в процессе печати путём подмешивания воды на печатающей головке. • changing the consistency of the building mix can be carried out during the printing process by mixing water on the print head.
В случае значительного рассогласования работы проводов насоса и шторок, срабатывает предохранительный клапан, после чего требуется остановить печать и при необходимости провести ремонтные или очистные работы. In the event of a significant mismatch between the operation of the pump wires and the curtains, the safety valve is activated, after which it is necessary to stop printing and, if necessary, carry out repair or cleaning work.
11 eleven
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)

Claims

Формула изобретения Claim
1. Печатающая головка, включающая в себя несущую раму, устройство для смешивания строительного раствора, узел печати, насос для подачи готового строительного раствора на узел печати, при этом узел печати содержит, по меньшей мере, один резервуар и модуль выдачи, расположенный под резервуаром и содержащий множество отверстий выдачи, выполненный с возможностью выдавливания строительного раствора одновременно через несколько отверстий за один проход узла печати. 1. A print head including a carrier frame, a mortar mixing device, a print unit, a pump for supplying ready-made mortar to the print unit, the print unit comprising at least one reservoir and an issuing module located under the reservoir and containing a plurality of dispensing holes, made with the possibility of squeezing out the mortar simultaneously through several holes in one pass of the printing unit.
2. Печатающая головка по п.1, отличающаяся тем, что модуль выдачи выполнен в виде подвижных элементов. 2. The print head according to claim 1, characterized in that the output module is made in the form of movable elements.
3. Печатающая головка по п.2, отличающаяся тем, что подвижные элементы выполнены в виде, по меньшей мере, одной пары отдельных шторок. 3. The print head according to claim 2, characterized in that the movable elements are made in the form of at least one pair of separate shutters.
4. Печатающая головка по п.2, отличающаяся тем, что подвижные элементы выполнены в виде, по меньшей мере, одной цельной шторки с окном. 4. The print head according to claim 2, characterized in that the movable elements are made in the form of at least one integral shutter with a window.
5. Печатающая головка по п.2, отличающаяся тем, что подвижные элементы выполнены в виде, по меньшей мере, одной каретки с соплом. 5. The print head according to claim 2, characterized in that the movable elements are made in the form of at least one carriage with a nozzle.
6. Печатающая головка по п.5, отличающаяся тем, что сопла снабжены управляемыми клапанами, открывающими и закрывающими отдельные отверстия в соответствие с программой печати. 6. The print head according to claim 5, characterized in that the nozzles are equipped with controlled valves that open and close individual holes in accordance with the print program.
7. Печатающая головка по п.1, отличающаяся тем, что модуль выдачи выполнен в виде фильерной доски. 7. The print head according to claim 1, characterized in that the dispenser module is made in the form of a spunbond board.
8. Печатающая головка по п.7, отличающаяся тем, что отверстия фильерной доски расположены, по меньшей мере, в один ряд в виде матрицы. 8. The print head according to claim 7, characterized in that the holes of the die plate are arranged in at least one row in the form of a matrix.
9. Печатающая головка по п.8, отличающаяся тем, что отверстия фильерной доски расположены по диагонали, по концентрическим окружностям или иным линиям. 9. The print head according to claim 8, characterized in that the holes of the die board are located diagonally, along concentric circles or other lines.
10. Печатающая головка по п.8, отличающаяся тем, что центры отверстий фильерной доски в рядах смещены относительно соседнего ряда. 10. The print head according to claim 8, characterized in that the centers of the holes of the die board in the rows are offset relative to the adjacent row.
И. Печатающая головка по п.8, отличающаяся тем, что форма отверстия фильерной доски имеет круглую, треугольную, квадратную, прямоугольную, шестиугольную или иную форму. I. The print head according to claim 8, characterized in that the shape of the hole of the die board is round, triangular, square, rectangular, hexagonal or other shape.
12 12
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
12. Печатающая головка по п.8, отличающаяся тем, что отверстия фильерной доски образуются открытием клапанов квадратной, прямоугольной, шестиугольной, треугольной или иной формы, расположенных вплотную друг к другу без зазоров. 12. The printhead according to claim 8, characterized in that the openings of the die board are formed by opening valves of a square, rectangular, hexagonal, triangular or other shape, located close to each other without gaps.
13. Печатающая головка по п.8, отличающаяся тем, что отверстия фильерной доски снабжены управляемыми клапанами, закрывающими и открывающими отдельные отверстия в соответствие с программой печати. 13. The print head according to claim 8, characterized in that the holes of the die board are equipped with controlled valves that close and open individual holes in accordance with the printing program.
14. Печатающая головка по п.1, отличающаяся тем, что печатающая головка оснащена вспомогательными компонентами, которые обеспечивают заданный вертикальный профиль печати. 15. Печатающая головка по п.1, отличающаяся тем, что узел печати оснащен системой подачи и смешивания присадок и красительных пигментов. 14. The print head according to claim 1, characterized in that the print head is equipped with auxiliary components that provide a given vertical print profile. 15. The print head according to claim 1, characterized in that the printing unit is equipped with a system for supplying and mixing additives and coloring pigments.
16. Печатающая головка по п.1, отличающаяся тем, что содержит, по меньшей мере, один предохранительный клапан, срабатывающий при рассогласовании работы проводов насоса и шторок. 16. The print head according to claim 1, characterized in that it contains at least one safety valve that is activated when the pump wires and shutters do not work correctly.
13 13
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
PCT/RU2020/000754 2020-12-25 2020-12-25 Printing head and printing method WO2022139620A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2020/000754 WO2022139620A1 (en) 2020-12-25 2020-12-25 Printing head and printing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2020/000754 WO2022139620A1 (en) 2020-12-25 2020-12-25 Printing head and printing method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022139620A1 true WO2022139620A1 (en) 2022-06-30

Family

ID=82159991

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2020/000754 WO2022139620A1 (en) 2020-12-25 2020-12-25 Printing head and printing method

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2022139620A1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1426814A2 (en) * 1987-03-26 1988-09-30 Предприятие П/Я Р-6956 Installation for making polyurethane articles
EA011978B1 (en) * 2005-03-22 2009-06-30 Энрико Дини A method and a device for building automatically conglomerate structures
RU2609179C1 (en) * 2015-09-04 2017-01-30 Виктор Владимирович ИСУПОВ Method of printing on three-dimensional jet printer
WO2019035099A1 (en) * 2017-08-18 2019-02-21 Ppg Industries Ohio, Inc. Additive manufacturing using reactive compositions
US20190255755A1 (en) * 2015-12-08 2019-08-22 Xerox Corporation Multi-nozzle extruder for use in three-dimensional object printers

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1426814A2 (en) * 1987-03-26 1988-09-30 Предприятие П/Я Р-6956 Installation for making polyurethane articles
EA011978B1 (en) * 2005-03-22 2009-06-30 Энрико Дини A method and a device for building automatically conglomerate structures
RU2609179C1 (en) * 2015-09-04 2017-01-30 Виктор Владимирович ИСУПОВ Method of printing on three-dimensional jet printer
US20190255755A1 (en) * 2015-12-08 2019-08-22 Xerox Corporation Multi-nozzle extruder for use in three-dimensional object printers
WO2019035099A1 (en) * 2017-08-18 2019-02-21 Ppg Industries Ohio, Inc. Additive manufacturing using reactive compositions

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4527107B2 (en) Multi-nozzle assembly for wall extrusion
US7878789B2 (en) Multi-chamber vibrating valve for cementitious material
CN109203174B (en) Extrusion type 3D printing double-nozzle device
EP2366525A1 (en) Method and apparatus for feeding a polyurethane mixture into hollow bodies
CN110905211B (en) Automatic watering device of construction concrete
EP2440379B1 (en) Method and device for preparing a paste-like compound for sealing an insulating glass pane
WO2021040578A1 (en) Building mixture extruder for 3d printer
EP3947861A1 (en) Apparatus for output of a fluid process material
CN112412043B (en) 3D concrete printing device and method for automatic reinforcement of building
WO2022139620A1 (en) Printing head and printing method
CN116001134A (en) Preparation method and device of thermosetting plastic powder
CN111775441A (en) Car 3D prints many materials extrusion device
CN112720778B (en) Nozzle rotating double-nozzle type cement 3D printing structure and using method thereof
CN109094045A (en) Plate synthetic resin watt production line
CN109797983B (en) Building crack treatment equipment and construction method thereof
CN205651627U (en) Intelligent 3D prints with wire rod material plastifying single line apparatus for producing
EP4134216A1 (en) Device and method for manufacturing structures or objects from coloured concrete
CN208105791U (en) Integrate the multi-functional plastering machine of indoor and outdoor wall decoration
CN103008170A (en) Mixing head device
CN215760576U (en) Plastering device and plastering equipment and plastering robot with same
CN112895060A (en) Concrete 3D print head
CN209025394U (en) A kind of indoor and outdoor decoration device
CN205439168U (en) Intelligent material plastifying double -line apparatus for producing
RU2816587C1 (en) Method for additive manufacturing of articles (versions)
RU208483U1 (en) CONSTRUCTION PRINTER EXTRUDER

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20967132

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20967132

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1